光学旋涡光场调控基础科学问题及应用技术研究

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1、附件17“光学旋涡光场调控基础科学问题及应用技术研究”重大项目指南光学旋涡是具有螺旋型波前和轨道角动量的特殊光场，是奇点光学的重要研究内容。光学旋涡光束独特的动力学特性、轨道角动量特性和拓扑结构在光学微操纵、光学显微成像、光通信、光电子学、量子信息、光学散斑以及远程传感等领域都具有重要研究价值，尤其在扩大光通信容量并提高安全性与调制能力、突破传统光学成像极限、增强光与物质相互作用等领域可以推动多项重大应用技术研究发展，近年来受到越来越广泛的关注。一、科学目标本重大项目针对“光学旋涡光场调控基础科学问题及

2、应用技术研究”这一重大的信息科学前沿问题，注重创新性和前沿性，从基础科学理论和技术应用两个层次，开展基本科学问题和关键技术研究，旨在揭示光学旋涡的矢量光场调控、轨道角动量量子特性、与物质相互作用的线性与非线性特性等基本物理机制，深化光学旋涡在全光调控、量子通信、传感与成像、超快矢量光束等领域的研究进展，并提出基于光学旋涡的创新技术应用。二、研究内容（一）光学旋涡矢量光束的光场调控研究。利用光学旋涡的螺旋型位相分布、轨道角动量等独特性质，开展基于位相和偏振调制的矢量光场动态调控技术研究，实现在光束整形、光

3、学微操纵、表面等离激元（SPP）激发与电磁场增强等方面的重要应用。（二）光学旋涡的量子特性研究。3光学旋涡中每个光子都具有确定的轨道角动量lћ，其中的拓扑荷l理论上取值无限并可以用来实现数值控制，可应用于量子密钥分配、量子浓缩编码、量子隐形传态、量子纠错码、量子计算等量子信息领域和具有极高的安全性和无限信息容量潜力的自由空间量子保密通信领域。（三）光学旋涡在光通信中的应用研究。研究基于轨道角动量的高安全性、超大容量自由空间光通信技术，以及光学旋涡轨道角动量在特殊光纤、波导结构中的传播特性，发展对多个光学

4、旋涡的独立调制、高效同步复用、解复用技术以及并行检测技术，并实现与现有通信系统的有机融合。（四）光学旋涡在传感与成像中的应用研究。基于光学旋涡的矢量光场不仅在强聚焦条件下具有超衍射极限的特性，并且可实现对表面等离激元（SPP）激发、会聚、干涉、传输等过程的动态全光调控，从而促进新型SPP成像、传感器件与系统的研制与发展。（五）光学旋涡与物质相互作用的非线性过程研究。将基于光学旋涡的光场调控技术与超快激光技术相结合可产生具有亚波长尺寸、长焦深、高强度等特性的超快矢量光束，可大大提高光与物质相互作用的非线性

5、效应，其特殊的时空响应特性可产生许多新奇的物理现象并发展出新的应用方向。三、资助期限5年（2015年1月至2019年12月）四、资助经费2000万元五、申请注意事项（一）申请人应当认真阅读本项目指南和通告，不符合项目指南和通告的申请项目不予受理。（二）申请书的附注说明选择“3光学旋涡光场调控基础科学问题及应用技术研究”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。（三）本项目由信息科学部负责受理。项目申请代码为F0501。3